医药化工行业废气治理技术的专利分析与挖掘

医药化工行业的废气成分复杂，大部分废气为挥发性有机物（VOCs），目前，常规的治理技术主要是燃烧法、吸收法、冷凝法和吸附法等。近年来，如生物法、等离子法、蓄热式焚烧（RTO）、光催化氧化法、变压吸附净化技术、膜分离、低温等离子法等新技术也应运而生，但其也存在诸多缺陷。因此，如何处理医药化工行业的废气成为环保领域的重点和难题，尽快研发出高效、能耗低、成本低、安全性高、二次污染低的处理方法和对应的设备对医药化工VOCs的处理具有重大的意义。
一、全球专利申请的趋势分析
下图为医药化工行业VOCs治理技术专利在全球的申请趋势及医药化工行业VOCs治理技术专利的生命周期，该周期可分为如下几个阶段：（1）第一阶段（1982-2000）：第一篇VOCs治理技术专利申请始于1982年，由于商业价值未得到开发，技术储备不完善等原因，仅有少数几个企业参与技术研发， 1982-2000年的专利申请量和申请人数量较少，整个行业处于技术萌芽期；（2）第二阶段（2001-2011年）：随着化工技术的发展，该领域专利的申请进入缓慢增长期；（3）第三阶段（2012-至今）：在21世纪初期，各国加强了对VOCs治理的要求，在2012年，医药化工行业VOCs治理技术专利的申请量首次达到30件，专利申请进入快速发展期，申请量呈现爆发式增长， 2018年达到高峰为135件。

二、全球专利申请人类型分析
下图为医药化工行业VOCs治理技术专利的主要申请人和申请量的统计，中科院和中国石化均以18篇的申请量并列排名第一，华东理工大学以14篇的申请量排名第三。该领域主要申请人集中在中国、美国和日本。从申请人类型而言，在前17名主要申请人中，高校研究院、公司和个人的申请量分别占总申请量的53.1%、43.5%和3.4%，说明高校研究院和公司均为推动医药化工行业VOCs治理技术研发的主要力量，也意味本领域的市场利益还未被完全挖掘，更多的可能是政策推动，而不是市场引领。

·三、国内申请区域分布分析
下图为国内医药化工行业VOCs治理技术专利申请区域分布，江苏以121件专利申请排名第一，占国内申请总量的20%；广东以91件专利申请排名第二，占国内申请总量的15%；北京、上海、浙江分别以68件、59件和52件申请量排名第三位至第五位；山东以29件申请量排名第六；天津、河北、福建、辽宁、河南和安徽申请量相差不大，排名第七位至第十二位。排名前十二的总申请量为534件，占国内总申请量的90%，专利集中度较高。

四、全球VOCs主要治理技术的分析
下图为缓慢增长期以及快速发展期中医药化工行业VOCs治理技术的年份与技术内容的分布图和医药化工行业VOCs主要治理技术专利功效矩阵图，从图中可看出，（1）VOCs主要治理技术中，虽然膜分离、光催化以及等离子这些新治理技术近年来也有开发，但其总量仍远远低于传统处理方法，可见，传统处理方法是申请人布局的重点。另外，VOCs治理技术的二次污染、能耗成本、净化效果、效率、简化结构工艺和操作也一直是申请人布局的重点。因此，综合考虑上述信息，医药化工行业VOCs治理技术的布局重点为吸附、燃烧、吸收和冷凝治理技术中如何减少二次污染、降低能耗和成本、提高净化效果和效率、以及简化结构工艺和操作。同时，这些专利技术布局的重点也一定也是本领域的技术发展热点。（2）除了上述技术布局重点和发展热点，其余技术均是本领域的技术空白点。其中，减少等离子技术的二次污染和提高等离子技术的安全性是比较有发展潜力的技术突破点，因为等离子技术研发的连续性好且申请量高于另外两种新兴技术，等离子技术在降低能耗和成本，以及提高净化效果等方便具有优势，而实现自动化、循环使用、提高安全性等是阻碍其技术广泛应用的主要阻力，但等离子技术也有一些提高安全性和减少二次污染的申请，体现了科研人员对这两方面有一定的研发思路，继续研究可能会取得一定的突破。膜分离和光催化氧化领域，技术研发的申请量比较低，在各项技术需求方便的申请量和布局都不突出，体现这两个技术的市场前景尚不明朗，基础研究应当是研发的重点。


五、全球VOCs燃烧治理技术的分析
下图为全球VOCs燃烧治理技术主要专利的时间和技术内容的分布，从图中可以看出：（1）从时间与技术内容上看，在这些主要的专利中，从1991年开始，最早的专利为设备和工艺相关的，直至2007年，才逐渐有了燃烧催化剂等相关的催化材料及其具体的应用，至此，医药化工行业通过燃烧处理VOCs的专利布局已涉及各个技术分支；（2）从时间与国内外申请上看，早期的专利申请都是国外的，中国发展比较慢，自2007年才开始申请各项专利，近年来，国内专利申请量逐渐提升，也远远高于国外专利申请的量，开始拥有自己的技术；（3）从布局上来看，国外公司对专利的布局较为完善，如US5601790A在十二个国家进行布局，而中国的申请大多专利仅在中国进行申请，而未在国外进行布局。但申请人应当知晓，虽然目前国外发达国家已经将大部分的医药生产企业转移中国家，但仍有部分医药生产企业在发达国家，且也有转移至除中国外的其他发展中国家的，因此，申请人在申请的时候应当增加专利在国外的布局，如印度等。

注：加粗且有下划线表示该专利被引证次数为5 次以上；底色填充部分表示同族专利为2个以上。
六、燃烧相关专利及解决主要技术问题的方法
目前燃烧领域常见的主要问题是能耗高、爆炸危险、产生二次污染和腐蚀。针对这些问题，常见的解决方法如下图所示：（1）针对能耗较高的问题，主要采取催化燃烧、回收再利用，以及通过相应的设备来解决，如通过气体压缩机、内置保温层、提高换热效率等。（2）针对容易发生爆炸的问题，可通过催化剂催化燃烧使其燃烧充分，如氧化铈催化剂等；也可以通过防爆装置，如防爆阀、防爆泵、阻火器、防火岩棉等；还可以通过其他方式如气流流动开放、压力传感器和新风风机联控将箱体内的压力保持在一定范围，对RTO系统施加正向压力等。（3）针对产生二次污染的问题，主要通过吸附剂、催化剂，或通过封闭循环继续燃烧，或通过回收，或通过继续净化处理等。（4）针对腐蚀的问题，现有技术研究比较少，除了常规的采用耐腐蚀材料外，另外两种方式即为降低换热器表面的温度，增加冷凝液的冲刷量以及对废气等污染物进行预处理。从上述内容可以看出，目前对能耗、防爆以及二次污染的研究比较多，但针对如何防止腐蚀的问题研究还不透彻，其作为一个空白点，本领域技术人员可以增加对该领域的研究，以早日布局，抢占先机。

七、RTO相关专利的分析
医药化工行业VOCs的燃烧治理技术中，最常用的为RTO治理技术。在医药化工行业VOCs治理中，RTO最主要的专利如下图所示。RTO治理技术主要通过对设备进行改造及创新，主要的技术内容包括设置有机化合物捕获器、将分子筛设为独立单元、将废气进行二次处理、设置前洗涤塔、余热利用系统设置热交换单元、设置转盘、将压力传感器和新风风机联控等。RTO治理技术主要解决的技术问题为提高吸附剂的再生率、降低成本、防爆、防腐蚀、提高处理效率、提高换热效率、提高能源利用率等。

注：加粗且有下划线表示该专利的主要技术手段；阴影表示主要解决的技术问题。
八、结论与建议
（1）本领域的市场利益还未被完全挖掘，更多的可能是政策推动，而不是市场引领。因此，各公司应加强研究新技术，抓紧专利的申请，做好专利布局，以有效占领市场。同时，该技术领域的专利申请人比较分散，因此，各公司不仅可以加强与科研机构的合作，也可以增加与同行的合作，将专利相互许可，以形成专利布局，共同开发市场。
（2）该技术领域主要申请分布在中国，但医药化工等高污染企业也转移到其他发展中国家，且部分发达国家也有保留。因此，建议各公司加强在国外申请的布局，以有效抢占国外市场。
（3）该技术领域对设备的研究比较多，但针对材料和工艺的相关专利比较少，因此，本领域技术人员更应加强对工艺和材料的研发，以尽快抢占先机，取得相应的优势。
（4）减少等离子技术的二次污染和提高等离子技术的安全性是比较有发展潜力的技术突破点，另外，膜分离和光催化氧化领域，以及如何防止腐蚀，本领域对这些问题研究比较少，其作为空白点，本领域技术人员可以增加对该领域的研究，以早日布局，抢占先机，获得自身优势的同时制约竞争对手。
本文内容已发表于《中国发明与专利》第19期